摘要：瓦斯作为煤矿开采过程中产生的伴生气，对井下作业人员的生命安全有着重要的影响。一方面，过高的气体浓度会导致井下工人窒息而死；另一方面，当气体浓度达到5~15%时，极易发生爆炸，导致井筒死亡。因此，合理利用地下天然气不仅能保证安全生产，而且能产生客观的经济效益。利用低浓度气体进行热电联产是一种比较科学的处理方法。在此基础上，研究了煤矿低浓度燃气发电技术与经济，供相关人员参考。
关键词：低浓度瓦斯；热电联产；煤矿；安全
1 煤矿瓦斯发电的发展现状
由于我国的煤层气资源储量丰富，因而进一步提升煤层气的开发和利用率是我国能源战略的一个重要内容。煤矿瓦斯发电不仅可以有效解决煤矿瓦斯安全事故问题，提高煤炭企业生产安全性，同时可以进一步改善和优化我国目前的能源结构，通过进一步提高瓦斯能源开发利用来有效补充现有的能源供应情况。此外，通过瓦斯发电技术还能减少二氧化碳以及污染废气的排放量，实现了良好的生态环保效益。近年来，我国政府机构大力提倡煤矿瓦斯发电项目和技术应用，推动了煤矿瓦斯发电行业的快速发展，越来越多的大型煤矿都陆续建设了煤矿瓦斯分布式能源项目，随着电力市场化进程的加快，煤矿瓦斯发电技术也将进入快速发展的通道。
2 使用低浓度瓦斯发电技术必要性
低浓度燃气发电是目前国家分布式能源的关键组成部分，具备技术密集与资金稠密的特点。燃气发电机组通常使用低浓度燃气。主要技术特点是气体浓度建议高（浓度可达8%，6%浓度也可于局部负荷或是气质波动之下长时间稳定行驶），操作难度适宜，维修方便。目前国内燃气发电机组以此集柴电力有限公司、胜利油田电力有限公司为代表，为低浓度燃气发电市场作出了突出贡献。国外燃气发电机组重要有卡特、沃基夏、瓦锡兰等。该机组具备比较高的经济效益与比较好的排放特性，但是价格低于国内厂家，售后服务无法符合客户建议。与此同时，煤矿安全规程规定，以此0.75%的瓦斯浓度当作总回程气道瓦斯浓度。所以，透过井之下瓦斯抽提，可减少井下瓦斯浓度，使瓦斯浓度靠近引爆极限。因为经济原因，低浓度燃气发电另一方面可用作矿山生产与自用；与此同时，贫穷的电力可连收到电网或是互联网，进而造成一部分收入。
3 低浓度瓦斯发电技术现状及气质要求
目前常见的低浓度瓦斯发电站主要由如下几个系统构成：低浓度瓦斯安全输送系统、预处理系统、瓦斯发电系统、余热利用系统。
辅助系统：脱水系统、过滤系统。
低浓度瓦斯发电技术流框图
一般低浓度瓦斯在处理后，其气质达到如下标准方可用于发电：
表3-1 低浓度瓦斯发电站气质组分要求
4 低浓度瓦斯电站效益分析
需要2000千瓦燃气发电厂为例，三组的天然气发电机组将投资900万元，输气管道和预处理系统将花费200万元，和工厂建设成本将170万元（包括电站设计、土木建筑等），管理。年费用等平均投资150万元，整个项目初始投资1420万元。同时，电站配备11名工作人员进行日常运行维护。
4.1 经济效益
（1）电站总投资约1420万元。（2）电站收益。据调查，该电站实际年发电时间为302.5天，全工况下每小时发电2000千瓦。总发电量约1.452×107千瓦时，上网电价0.509元/千瓦时，扣除自用电量的10%。销售收入665.1万元。计算了标准热水锅炉的余热利用收益。标准煤价格按500元/吨计算，标准煤热值29300kJ/kg，每台回收余热按187万k/h计算。煤的燃烧热效率为62%，热损失计算为6%，每小时节约标准煤96.763公斤，年热收人68.12万元。运行成本的计算分为五个部分，其中电站工作人员11人，年平均收入5.5万元。总开支为60.5万元。五险一金支出2181万元；设备年维修费用12万元；计算单位油耗0.8g/kWh，单价20元/kg，计算机油耗成本232，300元。年平均用水量主要为维修用水和冷却循环蒸发用水，800立方米，水价5.5元，合计44万元。年平均支出117.35万元。
4.2 环境效益
建设低浓度天然气电站，可以实现低浓度天然气的充分利用。一方面避免了低浓度气体直接排放造成的污染和危害；另一方面，实现了国家对煤矿瓦斯利用的政策要求，同时实现了低浓度。该气体产生的气体经过处理后，达标排放，避免了能源浪费和政策处罚。
4.3 安全效益
低浓度燃气发电机组的应用有效降低了巷道瓦斯浓度，降低了瓦斯窒息和事故发生的可能性，为井下作业人员的安全提供了保障，为矿区的安全生产提供了帮助。
4.4 管理效益
低浓度燃气发电项目可以增加矿区和职工的收入，提高矿区的盈利能力，保证矿区生产生活用电的安全和稳定，有效降低人员和物资管理成本。从我国煤矿燃气发电技术的现状出发，未来将对于燃气发电技术展开深入开发，以此实现资源的高效利用、环境保护与工艺成本的减少。另一方面，随着时代的变化，各种全新设备、全新材料不断涌现，作为燃气发电设备性能的提高造成了越来越多的可能性，使燃气发电工艺系统愈来愈优化和完善。
总之，我国低浓度燃气发电技术起步较晚，与国际先进技术相比仍有一定差距。目前，气体浓度的发电在中国基本上是10%或更多，低浓度瓦斯发电效率低（小于40%），和资源综合利用率远低于70%（意想不到的资源分配），主要是天然气气质差别很大，生产不稳定，单位本身的原因是由许多因素引起的。因为有所不同的地质条件、有所不同的矿井、有所不同的煤层，瓦斯抽提浓度比较大，压力十分不平稳，对于持续稳定发电提出了挑战。持续平稳的发电如何产生平稳的效益，直接联系到水力发电如何不断平稳。随着燃气发电技术的发展，我认为在不久的将来，我们某种会冲破这一技术难题，尽我们最大的努力，充分利用资源，符合国家日益增长的能源需求。
参考文献：
[1]高英献.煤矿瓦斯发电的应用及产业发展[J].管理观察，2010（18）.
[2]薛少谦，蔡周全，李新建.低浓度瓦斯输送管道的瓦斯爆炸传播试验性研究[J].矿业安全与环保，2008，35（2）：22-24.
论文作者:刘亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：瓦斯论文; 万元论文; 低浓度论文; 燃气论文; 煤矿论文; 浓度论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第19期论文;